CN112709552B - 基于水合物法开发海洋天然气水合物系统的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于水合物法开发海洋天然气水合物系统的装置及方法，采用“去平台”化的模式，通过在海底安装一系列大型水合物收集装置，使其与水合物所在的非常规天然气储层连通并促进水合物分解气、伴生气、浅层气进入水合物收集装置后再次生成水合物；待水合物收集装置满载水合物后，使用大型工程船或浮式液化天然气船进行回收，以有效减缓产能需求矛盾，降低水合物试采成本。本方案既能够实现低丰度非常规天然气的多气合采，也可以实现非连续分布的水合物矿体的低成本单独开采，避免了海底输气管路的铺设，并可有效减缓产能需求矛盾，降低水合物试采成本，有效解决由于水合物分解效率引起的产能低和平台长期服役导致的“耗不起”之间的矛盾。

Description

基于水合物法开发海洋天然气水合物系统的装置及方法

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物开采领域，具体涉及一种低成本、集约型、利用水合物技术实现海洋天然气水合物系统中非常规天然气资源开发的方法。

背景技术

狭义的海洋天然气水合物系统主要是指由沉积物、孔隙水、水合物组成的多相多组份体系；广义的海洋天然气水合物系统除了上述组成外，还可能包括与水合物底界毗邻的水合物伴生气，以及与其处于同一压力系统或与其具有相同气源特征的浅层气。本申请方案中采用广义的海洋天然气水合物系统进行表述。水合物、水合物伴生气、浅层气是海洋天然气水合物系统所蕴含的主要资源。海洋天然气水合物系统在全球分布广泛、储量巨大，但其资源品位差、聚集程度弱，现有技术条件下的资源经济可采性差。

在众多天然气水合物勘探开发国家计划的支持下，迄今已在加拿大北部麦肯齐三角洲外缘的Mallik、阿拉斯加北部陆坡、中国祁连山木里盆地等3个冻土区，以及日本东南沿海Nankai海槽、中国南海神狐海域等2个海域累计开展了11井次的试采工作，在生产工程、技术、理论等方面都取得了一系列进步。

当前，实现天然气水合物试采的基本原理是：通过一定的物理化学手段促使原地状态的天然气水合物分解为气—水两相，然后应用类似于油气开采的手段将天然气产出到地面。从促进水合物在原地分解转化的角度，目前所用的方法主要有降压法、注热法、二氧化碳置换法及上述单一方法的联合应用。在当前基于常规油气开采技术改良方案的开采技术大背景下，天然气水合物能否满足产业化标准，一方面取决于天然气价格，另一方面则取决于产能。其中后者是从技术层面实现产业化的决定性因素。

但是，在现行技术标准和经济性评价指标下，目前全球陆域天然气水合物试采最高日均产能的最大值约为产业化开采日均产能门槛值的1/138，海域天然气水合物试采最高日均产能约为产业化开采日均产能门槛的1/17。即：目前天然气水合物开采产能距离产业化开采产能门槛仍然有2～3个数量级的差距。因此，追求产能最大化是目前中国天然气水合物产业化进程的重要目标。

实际上，无论采取何种增产措施，天然气水合物的分解速率一定存在其极限值，即：地层中的水合物不可能瞬间发生分解。因此在基于石油天然气开发技术改良版的天然气水合物开发方法的大背景下，天然气水合物开发井的产能一定存在“天花板”，不可能按照人为意志无限增大。因此，如果没有颠覆性的、有别于常规深水油气开采的新方法出现，现行产能需求与经济性指标之间的鸿沟的弥补，难上加难。其主要原因是：当前开采条件下，只要开展水合物开发，大型深水平台(开发平台)就必须长期服役，仅平台日费一项的每天成本都在几百万人民币级别，即使通过水平井、多分支井等技术的改良实现产能的量级突破，也将有很大一部分被平台日费等附属费用抵充。

综上所述：(1)天然气水合物开采效率低是由天然气水合物本身的分解动力学特征决定的，无论使用何种技术手段加速其分解，其分解的速率一定是存在极限值的，不可能发生瞬间大面积的分解，因此单井控制条件下的水合物产气速率存在一个极限值；(2)能否产业化不仅取决于产能能否增加，更取决于开采成本能否降低，在水合物分解速率天花板效应制约下，与其投入巨额的人力物力提高天然气水合物单井产能，不如变平台长期服役式开采为集约型开采；(3)天然气水合物具备的分散型特征决定了其无法形成连续的、成规模的矿体，零散矿体的天然气储量不足以支撑海底输气管道的建设，因此无法直接将天然气水合物产出气输送到产水管道中。

为此，亟待提出一种集约型、低成本的开发方案，通过“以水合物换水合物(Hydrate for hydrate)”的设计思路，解决由于水合物分解效率引起的产能低和平台长期服役导致的“耗不起”之间的矛盾。

发明内容

本发明针对天然气水合物分解缓慢、矿体连续性差、大型深水平台长期服役费用高昂等缺陷，提出一种集约型的、低成本的、基于水合物法开发海洋天然气水合物系统的装置及方法，以有效减缓产能需求矛盾，降低水合物试采成本。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种基于水合物法开发天然气水合物系统的装置，包括海底承台模块、海底低温储罐模块和定向联通井模块；

所述海底承台模块设置在海底基坑内，其顶面高出于海底泥面，以作为海底低温储罐模块的地基，且海底承台模块上设置有连通定向联通井模块和海底低温储罐模块的连通通道；

所述海底低温储罐模块安装在海底承台模块上，与海底承台模块之间密封连接且可拆卸：所述海底低温储罐模块主体为耐压腔体，耐压腔体包括内胆和隔热外壳，隔热外壳与内胆203之间形成环温夹层；海底低温储罐模块下端面设置有与连通通道对接的井口对接件，其上端面设置起吊环、排空组件和数据采集器；在海底低温储罐模块内部空间不同位置处安装若干温压探头组，且在其内侧壁上安装有声波探头或电阻率层析成像探头，温压探头组、声波探头或电阻率层析成像探头均与数据采集器相连，海底低温储罐模块符合水合物合成条件，用于合成水合物，通过对海底低温储罐模块的回收与重复利用实现水合物系统的持续开发；

所述定向联通井模块一端延伸至多气层，另一端与海底低温储罐模块通过连通通道连通，用以将海底地层水合物系统中的低丰度天然气疏导至海底低温储罐模块内，提供海底低温储罐模块内生成水合物的气源条件，所述多气层为包含水合物、水合物伴生气及浅层气的地层。

进一步的，所述装置还包括辅助模块，所述辅助模块包括供电系统、泵输系统、锚定系统、工程船和海底机器人；

所述供电系统用以为装置提供电源；

所述泵输系统用以在安装海底低温储罐模块后，抽空其内部及定向联通井模块内部的水，使多气层和海底低温储罐模块内部建立压力差，促进多气层中的天然气流入海底低温储罐模块；

所述锚定系统用以实现对海底低温储罐模块的固定；

所述工程船用以实现对海底低温储罐模块安装与回收；

所述海底机器人用以实现对海底低温储罐模块的辅助安装，辅助解除和安装锚定系统及解除和安装海底低温储罐模块与海底承台模块之间的连接。

进一步的，所述海底承台模块包括承台导墙、吸力桩、支撑槽钢和井口；承台导墙用以在浇筑海底承台模块主体的过程中提供成型的支撑，若干个吸力桩沿海底承台模块的底部周向均匀设置，以压入海底基坑底部的沉积物中，用于稳定海底承台模块整体；支撑槽钢设置在海底承台模块的顶部，支撑槽钢的上方设置有防震垫，井口设置在海底承台模块中央并贯穿海底承台模块，井口即为连通定向联通井和海底低温储罐模块的连通通道，井口处设置有井口闸板。

进一步的，在上述海底承台模块建造过程中，为了强化海底承台模块整体稳定性和牢固性，所述各个吸力桩之间采用吸力桩加强筋互连，且在海底承台模块内部安装有与承台导墙同心圆结构的承台强化筋，承台强化筋与吸力桩加强筋共同维持海底承台的整体结构牢固性。

进一步的，所述井口对接件与井口对接，海底低温储罐模块的上端面还设置有与支撑槽钢匹配的对接套筒，井口对接件上设置有对接件闸板，且海底低温储罐模块的下端面和海底承台模块的上端面具有间距，能够允许海底机器人机械手安装和拆除井口与井口对接件的密封装置。

进一步的，所述隔热外壳上分别设置液氮入口和液氮出口，液氮出口处安装有单向阀，在海底低温储罐模块整体上提离开海底至工程船的过程中，向环温夹层循环注入液氮，给海底低温储罐模块内部的水合物冷却，防止在海底低温储罐模块上提过程中内部的水合物发生过快分解。

进一步的，所述海底低温储罐模块上还设置有负载压块，当海底低温储罐模块回收过程中，抛载负载压块，方便回收低温储罐模块。

本发明另外还提出一种基于水合物法开发天然气水合物系统的方法，具体包括以下步骤：

(1)安装海底承台模块：挖掘海底基坑，安装承台导墙，置入吸力桩，对承台导墙进行浇筑并设置中心井眼，中心井眼的设置方式包括两种：

1)在海底承台模块的中心预留井眼，提前在海底承台模块的中心设置大尺寸套管，定向联通井模块钻井所需的定向器等装置也可以提前预设安装在预留井眼内部；

2)将海底承台模块浇注为实心结构，候凝结束后钻定向联通井模块的操作时钻开中心井眼；

(2)定向联通井模块建井：

以海底承台模块中心位置为井口坐标，钻设人工井眼，然后以海底承台模块作为定向联通井钻井的转向依托，钻定向井直至多气层；

根据多气层地层砂粒度分布特征，向定向联通井中充填砾石，充填过程为逆向回填过程，即充填过程始于定向联通井的指端，边充填边回收连续油管，直至全部定向联通井井眼完全被砾石填充；

在海底承台模块上端面井眼上安装井口和井口闸板，关闭井口闸板等待后续的海底低温储罐模块安装；

(3)安装海底低温储罐模块及辅助模块：

完成海底低温储罐模块与海底承台模块的对接安装，以使海底低温储罐模块平稳坐落在海底承台模块上，落座后驱动海底机器人关闭排空闸板和对接件闸板；

安装锚定系统，使海底低温储罐保持稳定姿态；然后以此在海底承台附近区域分别安装温差发电机、海底泵组，安装完毕后测试是否正常；

(4)抽采与等待富集：

打开对接件闸板和井口闸板，排出海底低温储罐模块中的海水，抽取海底低温储罐模块和定向联通井模块中的流体，当观察到海底泵组抽出的物质含有天然气时，停止抽取；

此后，天然气进入海底低温储罐模块，并与海底低温储罐模块内来自水合物储层的水合成，逐步生成水合物，定期回收数据采集器中的数据，当根据采集数据判断海底低温储罐内完全充满水合物后，对海底低温储罐模块进行回收；

(5)重复步骤(3)-(4)，实现海洋天然气水合物系统的持续开发。

进一步的，所述步骤(2)中，所述钻井过程至少为两开钻井，一开钻井钻至多气层顶界，不打开储层，然后用套管完井、水泥固井完成一开井段；固井完成后二开钻进，打开多气层，形成贯穿多气层的定向裸眼井壁。

进一步的，所述步骤(4)中，回收低温储罐模块的过程除了常规的抛载压块、解除锚链、解除与海底承台连接等常规操作以外，在回收过程必须首先向环温腔中注入液氮，使海底低温储罐在上提回收的全过程中维持低温状态，防止水合物在上提过程中发生分解；同时，上提过程中打开位于海底低温储罐下部的对接件闸板，使上提过程中分解的部分水合物气体释放，防止内压过高。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)工程船或平台无需长期服役，只需要在海底承台建造、海底低温储罐模块投放和回收阶段服役，因此能够大幅降低作业成本；

(2)充分利用水合物开采产气过程中容易诱发水合物二次生成的特点，排空海底低温储罐模块中原有的海水，诱导部分水合物分解水进入海底低温储罐模块内，使其在低温储罐内形成水合物，增加了天然气储存效率；

(3)海底承台模块安装后，不仅能够起到支撑和稳定海底低温储罐模块的作用，其本身也可以起到深水浅层钻井吸力锚的作用，有助于定向联通井的建井造斜；

(4)既能够实现低丰度非常规天然气的多气合采，也可以实现非连续分布的水合物矿体的低成本单独开采，避免了海底输气管路的铺设，进一步降低了开发成本。

附图说明

图1为本发明实施例所述基于水合物法开发天然气水合物系统的装置的整体结构示意图；

图2为图1中所述海底承台模块的立体结构示意图；

图3为图1中所述海底承台模块的仰视结构示意图；

图4为图1中海底低温储罐模块的结构示意图；

A1、海水；A2、浅部地层；A3、水合物储层；A4、水合物伴生气层；A5、不含气地层；A6、浅气层地层。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

实施例1，一种水合物法开发海洋天然气水合物系统的装置，如图1所示，包括海底承台模块1、海底低温储罐模块2、定向联通井模块3及辅助模块，具体的：

(1)海底承台模块

所述海底承台模块的主要功能包括：(1)作为海底低温储罐模块2的地基，保证海底低温储罐模块2在安装后平稳牢固，为水合物的合成提供稳定的环境条件；(2)提供天然气进入海底低温储罐模块2的通道，防止天然气泄漏。

为满足上述功能，如图2和图3所示，所述海底承台模块1包括承台导墙101、吸力桩102、承台强化筋103、吸力桩加强筋104、支撑槽钢106、防震垫107、井口108和井口闸板109；承台导墙101内的主体部分由水泥105浇筑而成，海底承台模块1整体为圆柱状，安装在海底基坑(人工基坑)内，海底承台模块1安装后与海底基坑浇筑成为一体化结构，属于一次性投资部分。

本实施例中，所述吸力桩102的结构可以采用常规深水吸力锚，以压入基坑底部的沉积物中，用于稳定海底承台模块整体，海底承台模块1的底部设有至少4个吸力桩102，本实施例优选8个或12个，吸力桩102均匀对称分布在海底承台模块的底部外缘。

所述承台导墙101的主要作用是在浇筑海底承台模块水泥主体的过程中提供水泥成型的支撑，承台导墙101的高度决定了海底承台模块1的整体高度；海底承台模块1浇筑安装完成后，其下半部分扎根在海底基坑内部，海底承台模块的顶面高出海底泥面一定的距离(大于悬浮层高度)。

另外，为了强化海底承台模块1整体稳定性和牢固性，各吸力桩102之间采用吸力桩加强筋104相互链接，吸力桩加强筋104采用优质钢缆，与此同时，在海底承台模块1内部安装有与承台导墙101同心圆结构的承台强化筋103，承台强化筋103采用钢结构环，可以和承台导墙等高，也可以采用不等高的若干根环形钢筋，通过承台强化筋103与吸力桩加强筋104共同维持海底承台的整体结构牢固性。需要说明的是，本实施例所述吸力桩加强筋104和承台强化筋103在海底承台模块1内部的交互穿越且不通过海底承台模块1的中轴线。

海底承台模块1的中心为预留的与定向联通井模块3连接的井眼，井眼内部填充砾石；其中，井眼也可以在海底承台模块1建造完成后进行后期钻井作业钻开。如果海底承台模块1中的井眼为预留模式，则可根据定向联通井模块的联通需求，在海底承台模块1内直接预留定向孔眼，从而方便后期定向联通井模块3的建井井眼轨迹控制。海底承台模块1上部中央位置安装与井眼对应的井口108和井口闸板109，井口108尺寸与位于海底低温储罐模块底部的井口对接件209尺寸一致；井口闸板109主要用于控制井口的开合。

海底承台模块1上部边缘位置安装支撑槽钢106，防震垫107安装在支撑槽钢106上部(防震垫与支撑槽钢尺寸相同)，支撑槽钢106的主要作用是支撑和固定海底低温储罐模块2，防震垫107的主要作用是防止安装过程中支撑槽钢106和海底低温储罐模块2的对接套筒208的硬碰撞，也可以在后期整个系统运行过程中防止因地层微小滑塌和倾斜导致的海底低温储罐模块的倾倒。

(2)海底低温储罐模块

所述海底低温储罐模块2安装在海底承台模块1上，用于合成水合物，当水合物填满整个海底低温储罐模块2后回收，海底低温储罐模块2为可重复利用模块，具体的：

所述海底低温储罐模块2主体为圆柱形的耐压腔体，耐压腔体包括内胆203和隔热外壳201，海底低温储罐模块2下端面设置有井口对接件209、对接件闸板210和对接套筒208；海底低温储罐模块2上端面设置起吊环216、排空组件206、排空闸板207和数据采集器215；另外在海底低温储罐模块2内部空间不同位置处安装若干温压探头组205，在海底低温储罐模块2的内侧壁面安装声波探头或电阻率层析成像探头204。

井口对接件209和位于海底承台模块1上部的井口108对接，在实际生产阶段，位于井口108上的井口闸板109和位于井口对接件209上的对接件闸板210处于开启状态；在海底低温储罐模块2下放安装和上提回收过程中，位于井口108上的井口闸板109和位于井口对接件209上的对接件闸板210处于关闭状态；对接套筒208的内径与位于海底承台模块1上的支撑槽钢106的外径配合，海底低温储罐模块2的下端面和海底承台模块1的上端面有一定的距离，能够允许海底机器人机械手安装和拆除井口与井口对接件的密封装置；所述排空组件206和排空闸板207位于海底低温储罐模块2的上方，在海底低温储罐模块2下放和安装过程中，排空闸板207打开，方便海底低温储罐模块的下放；安装完成后，在水合物生成等待期以及提升回收阶段，排空闸板处于关闭状态。

数据采集器215主要用于采集水合物整个开采周期内海底低温储罐模块2内部的温压数据、声波或电阻率数据，从而判断海底低温储罐模块内是否填满水合物。同时，数据采集器具备项温压探头组205、声波或电阻率层析成像探头204供电的功能，数据采集器215的电能由温差发电机供给。

在空间布局上，所述温压探头组205与声波或电阻率层析成像探头204位于不同高度，温压探头组205用于测试海底低温储罐模块2内水合物生成过程中的温度、压力变化，声波或电阻率层析成像探头204则用于监测海底低温储罐模块2内水合物生成过程中在整个剖面上的变化信息。所述温压探头组205与声波探头或电阻率层析成像探头204通过高压电缆与数据采集器215连接，并实时向数据采集器215传输数据。

本实施例中，所述内胆203为耐压材质，隔热外壳201与内胆203之间形成环温夹层202，且在隔热外壳201上还分别设置液氮入口211和液氮出口212，液氮出口212还安装单向阀213；液氮入口211和液氮出口212设计的主要目的是在海底低温储罐模块2整体上提离开海底至工程船的过程中，向环温夹层202循环注入液氮，给海底低温储罐模块内部的水合物冷却，防止在海底低温储罐模块上提过程中内部的水合物发生过快分解。

本实施例所述海底低温储罐模块2还可以包括置于其下方的、能够抛载的负载压块217，当海底低温储罐模块2回收过程中，抛载负载压块217，然后回收低温储罐模块2。

(3)定向联通井模块

定向联通井模块3的主要作用是：将海底地层中水合物、水合物伴生气、浅层气疏导到海底低温储罐模块2，从而保证海底低温储罐模块2内生成水合物的气源条件。

如图1所示，所述定向联通井模块3包括始于海底承台模块1，终于水合物储层A3、或水合物伴生气层A4、或浅层气层A6的定向井或多分支定向井。为了尽可能加快水合物在海底低温储罐模块2内的生成速率，本实施例所述定向联通井模块3可以以多分支水平井的形式同时向水合物储层A3、水合物伴生气层A4和浅层气地层A6分别延伸(以下简称多气层)；且为了防止多气层中的天然气进入海底低温储罐过程中发生堵塞和流通不畅的问题，所述定向联通井应采用如下设计：定向联通井内，在多气层以外的层段采用套管完井、水泥固井，在多气层以内的井段，不下入任何套管或筛管，而是井眼形成后直接在井眼内填充砾石颗粒。

(4)辅助模块

所述辅助模块主要包括供电系统、泵输系统4、锚定系统、工程船8和海底机器人。供电系统为主体放置于海底的温差发电机5，温差发电机5给数据采集器和泵输系统供电；泵输系统4的主要作用是：海底低温储罐模块2安装后，抽空海底低温储罐模块2内部的水，同时抽取定向联通井中的水，使多气层和海底低温储罐模块2内部建立压力差，促进多气层中的天然气流入海底低温储罐模块；锚定系统主要包括锚链6和锁定桩基7，锁定桩基7楔入海底地层，锚链6分别连接锁定桩基7和海底低温储罐模块2的上部，起固定海底低温储罐模块的作用；工程船8主要作用安装海底低温储罐模块2、定期回收海底低温储罐模块2及其内部所合成的水合物；海底机器人主要是辅助安装海底低温储罐模块2，辅助解除和安装锚链6，解除和安装海底低温储罐模块2与海底承台模块1之间的密封。

综上可知，本方案采用“去平台”化的模式，通过在海底安装一系列大型水合物收集装置，使其与水合物所在的非常规天然气储层连通并促进水合物分解气、伴生气、浅层气进入水合物收集装置后再次生成水合物。待水合物收集装置满载水合物后，使用大型工程船或浮式液化天然气船进行回收，以有效减缓产能需求矛盾，降低水合物试采成本。

实施例2，基于实施例1所述水合物法开发天然气水合物系统的装置，本实施例提出一种水合物法开发海洋天然气水合物系统的方法，具体包括以下步骤：

1.海底承台模块安装

1.1海底基坑挖掘：采用海底缴吸装置或海底盾构等设备在海底挖掘，形成用于海底承台模块1安装的海底基坑。

1.2承台导墙安装：沿海底基坑内缘安装承台导墙101，承台导墙101的高度大于海底基坑的高度且高出海底泥面的悬浮层，从而防止在后期开采过程中承台被淤泥填埋。

1.3吸力桩102安装：在承台导墙101内缘处，将吸力桩101对称均匀压入基坑底部的地层中，吸力桩101压入地层后采用吸力桩加强筋104将不同的吸力桩102链接起来，吸力桩102安装后，吸力桩102的上端面高度约达到承台导墙101高度的1/2处。

1.4承台浇筑：在承台导墙101内部浇筑水泥浆，水泥浆浇筑过程中与承台导墙同心圆、不同高度出假设环形钢筋，作为承台强化筋103；当水泥浆浇筑高度到达吸力桩上端面后，进一步的浇筑过程中，将支撑槽钢106下端面插入水泥浆，使支撑槽钢106与承台本体浇筑形成一体结构。

本实施例中，如果在上述步骤1.4中采用预留井眼方式，则在水泥浇筑过程中需要提前在承台中心设置大尺寸套管，定向联通井钻井所需的定向器等装置也可以提前预设安装在预留井眼内部。需要说明的是：(1)预设井眼所使用的套管，在安装后其上端面必须处于水平状态，否则后续海底低温储罐的安装将无法进行；(2)套管上端面需超过海底承台上端面一定距离，用于井口和井口闸板的安装。

1.5侯凝：当水泥浇筑完成、支撑槽钢106和防震垫107安装完成后，等待侯凝，直到海底承台主体完全固结，然后转入定向联通井建井步骤。

2.定向联通井模块建井

2.1钻井：以海底承台模块中心位置为井口坐标，采用常规石油钻井工具钻穿海底承台，形成人工井眼，然后以海底承台模块作为定向联通井钻井的转向依托，钻定向井直至多气层，此时，海底承台模块充当了海底浅地层钻井过程中大型吸力锚的作用。

本实施例中，所述钻井过程至少为两开钻井，一开钻井钻至多气层顶界，不打开储层，然后用套管完井、水泥固井完成一开井段；固井完成后二开钻进，打开多气层，形成贯穿多气层的定向裸眼井壁。另外，在上述步骤2.1中，如果采用预留井眼方式，则无需钻穿海底承台，直接下入浅地层钻井工具建立定向联通井即可。

2.2充填：根据实际的多气层地层砂粒度分布特征，优选合适的砾石尺寸，采用连续油管向定向联通井中充填砾石；此处所述充填过程为逆向回填过程，即充填过程始于定向联通井的指端，边充填边回收连续油管，直至全部定向联通井井眼完全被砾石填充。

2.3井口安装：撤出钻井工具和充填工具，在承台上端面井眼上安装井口装置和闸板，关闭闸板等待后续的海底低温储罐安装。

3.海底低温储罐模块及辅助模块的安装

3.1海底低温储罐模块下放：采用工程船将海底低温储罐模块的各个子模块运输至作业场地，在船上完成子模块安装，将安装完成的海底低温储罐模块下放，海底机器人辅助观察下放过程中低温储罐的姿态，防止与海底承台发生硬碰撞；需要注意的是，海底低温储罐下放过程中，为了防止下放受阻，优选打开位于海底低温储罐下部的对接件闸板和位于海底低温储罐顶部的排空闸板；

3.2海底低温储罐与海底承台模块的对接安装：以支撑槽钢为定位机构，控制海底低温储罐平稳坐落在海底承台上；落座后驱动海底机器人关闭排空闸板和对接件闸板；

3.3辅助模块的安装：安装锚链和锁定桩基，使海底低温储罐保持稳定姿态；然后以此在海底承台模块附近区域分别安装温差发电机、海底泵组，安装完毕后测试温差发电机供电是否正常、海底低温储罐内的数据记录和传输是否正常、海底泵组运转是否正常；

4.抽采与等待富集：

4.1抽采：以上步骤完成后，打开对接件闸板和井口闸板，正式启动海底泵组，排出海底低温储罐模块中的海水，进一步抽取完井阶段定向联通井中的流体，当海底机器人观察到海底泵组抽出的物质含有天然气时，停止抽取；

特别地，在本步骤中必须保证原本在海底低温储罐模块和定向联通井内的海水排出，如此诱导水合物层的水合物发生分解，此后无需进一步抽取，水合物会也会发生缓慢分解。并且水合物分解产生的天然气和水会同时进入到低温储罐模块内，并在低温储罐内二次生成水合物。这样设计巧妙的利用了水合物的记忆效应，即水合物分解后的水二次生成水合物时诱导时间会显著缩短，因此有助于提高海底低温储罐模块内水合物的合成效率，加快低温储罐的回收周期，提高开采效率。

4.2等待：关闭海底泵闸门，回收海底机器人和附属电缆，撤回工程船；海底低温储罐模块中将逐步生成水合物，定期派小型船只赴工区回收数据采集器中的数据，更换数据采集卡，当根据采集数据判断海底低温储罐内完全充满水合物后，派遣FPSO工程船前往工区回收。

5.低温储罐模块回收：

5.1回收准备：下放回收揽，连接起吊环；然后关闭井口闸板和对接件闸板，解脱锚链，释放负载压块；下放液氮循环管路并与液氮入口对接，打开液氮出口的单向阀；

5.2回收：向环温夹层中注入液氮，同时缓慢上提回收揽，上提过程中持续注入液氮，维持海底低温储罐内的温度，同时微开对接件闸板，使上提过程中分解的部分水合物气体释放，防止内压过高。带海底低温储罐回收至工程船以后，按照常规SNG手段进行后续处理。

6.重复步骤3～5，实现海洋天然气水合物系统的持续开发。

特别地，本实施例中，在步骤3中，为了增加开采效率，所述低温储罐、海底承台可以成规模投放，形成“群井效应”，加快开采效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.基于水合物法开发天然气水合物系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)安装海底承台模块：挖掘海底基坑，安装承台导墙，置入吸力桩，对承台导墙进行浇筑并设置中心井眼；

步骤(2)定向联通井模块建井：

以海底承台模块中心位置为井口坐标，以海底承台模块作为定向联通井钻井的转向依托，钻定向井直至多气层；

根据多气层地层砂粒度分布特征，向定向联通井中充填砾石，充填过程为逆向回填过程，直至全部定向联通井井眼完全被砾石填充；

在海底承台模块上端面井眼上安装井口和井口闸板，关闭井口闸板等待后续的海底低温储罐模块安装；

步骤(3)安装海底低温储罐模块及辅助模块：

完成海底低温储罐模块与海底承台模块的对接安装，以使海底低温储罐模块平稳坐落在海底承台模块上，落座后驱动海底机器人关闭排空闸板和对接件闸板；

安装锚定系统，使海底低温储罐保持稳定姿态；然后以此在海底承台附近区域分别安装温差发电机、海底泵组，安装完毕后测试是否正常；

步骤(4)抽采与等待富集：

打开对接件闸板和井口闸板，排出海底低温储罐模块中的海水，抽取海底低温储罐模块和定向联通井模块中的流体，当观察到海底泵组抽出的物质含有天然气时，停止抽取；

海底低温储罐模块中逐步生成水合物，定期回收数据采集器中的数据，当根据采集数据判断海底低温储罐内完全充满水合物后，对海底低温储罐模块进行回收；

步骤(5)重复步骤(3)-(4)，实现海洋天然气水合物系统的持续开发。

2.根据权利要求1所述的基于水合物法开发天然气水合物系统的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述钻井过程至少为两开钻井，一开钻井钻至多气层顶界，不打开储层，然后用套管完井、水泥固井完成一开井段；固井完成后二开钻进，打开多气层，形成贯穿多气层的定向裸眼井壁。

3.根据权利要求1所述的基于水合物法开发天然气水合物系统的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，回收海底低温储罐模块时，上提过程中通过液氮入口持续向环温夹层内注入液氮，维持海底低温储罐内的温度，同时打开对接件闸板，使上提过程中分解的部分水合物气体释放。

4.根据权利要求1所述的基于水合物法开发天然气水合物系统的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，中心井眼的设置方式包括两种：

1)在海底承台模块(1)的中心预留井眼，提前在海底承台模块(1)的中心设置大尺寸套管；

2)将海底承台模块(1)浇注为实心结构，候凝结束后钻定向联通井模块的操作时钻开中心井眼。

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